[发明专利]量子点敏化太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及量子点太阳电池技术领域，具体涉及到一种量子点敏化太阳电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳能转化成电能的装置，它是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收太阳光产生光生电子。根据所使用的半导体材料，太阳能电池分为基于硅材料的硅基太阳能电池、以III-V化合物(如，GaAs)、CuInSeS等多元化合物为材料的电池、基于功能高分子材料的有机聚合物电池、纳晶敏化太阳电池、量子点太阳电池、基于无机有机铅钙钛矿太阳电池等。其中，量子点太阳电池以其低廉的成本、简单的制作工艺而受到关注。特别是量子点的吸光范围可以通过调节量子点颗粒尺寸和量子点的组成来实现，并且1个高能光子可产生多个电子，将大大提高量子产率，即“多激子效应”。但是，目前此类电池的光电转换效率偏低，电池稳定性还有待进一步提高。

量子点敏化太阳电池主要由沉积了量子点的光阳极、电解质和对电极(如，Cu₂S)组成。为了提高电池效率，一般从以下三个方面入手，首先是量子点(薄膜)材料的选择，其次量子点薄膜的制备方法；再次，如何调控电池表界面(包括光阳极/量子点、量子点/电解质、电解质/对电极)。

在量子点敏化太阳电池中，虽然量子点材料本身带隙可通过量子点颗粒大小来调控且存在着“多激子效应”，但电池内部复合较严重，使得太阳电池的转化效率偏低。目前，量子点薄膜层的制备方法主要是采用原位沉积法(主要是指化学浴沉积(chemical bath deposition(CBD))或连续离子层吸附反应(successive ionic layer adsorption and reaction(SILAR))，以实现量子点在纳晶多孔电极上的沉积。但是该方法存在一些问题，如原位沉积法适用材料选择范围窄，并且沉积过程不可控，难以得到精确厚度的量子点薄膜层。也有人通过一些双官能团的有机小分子将量子点与TiO₂分子连接在一起，进而实现量子点在多孔电极上的沉积。该方法也存在着吸附量偏低、载流子传输不畅等问题，以至于降低了电池的稳定性和转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子点敏化太阳电池及其制备方法，采用该方法制备的量子点敏化太阳电池具有较高的稳定性和转换效率。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种量子点敏化太阳电池的制备方法，该量子点敏化太阳电池包括纳晶多孔层，该纳晶多孔层的纳晶颗粒表面上依次包覆有量子点薄膜层和钝化层，其中，量子点薄膜层是采用超声喷雾法形成的。

进一步地，采用超声喷雾法喷涂量子点前驱液以在纳晶多孔层的纳晶颗粒的表面上形成量子点薄膜层；量子点前驱液的质量百分比浓度为2～25％；优选地，量子点前驱液的质量百分比浓度为10～20％；进一步优选地，量子点前驱液的质量百分比浓度为15％。

进一步地，超声喷雾时将量子点前驱液溶于喷雾溶剂中进行喷雾，喷雾溶剂选自去离子水、乙醇和甲醇中的一种或多种。

进一步地，超声喷雾的时间为10～1800秒；优选地，超声喷雾的时间为20～600秒。

进一步地，在纳晶多孔层的表面上喷涂量子点前驱液后，还包括对其加热以使得量子点前驱液固化形成量子点薄膜层的步骤；可选地，加热的温度为35～45℃。

进一步地，形成量子点薄膜层的材料选自CdS、CdSe、CdSSe、CdTe、CdSeTe、CuInS₂、PbS、InP和AgSe中的一种或多种；优选地，形成量子点薄膜层的材料选自CdS、CdSe或CdSeTe。

进一步地，量子点薄膜层的厚度为2～100nm，优选为5～50nm。

进一步地，量子点薄膜层由窄带隙量子点半导体纳米颗粒构成，窄带隙量子点半导体纳米颗粒的粒径为2～12nm，优选为3～8nm。

进一步地，钝化层为ZnS钝化层；可选地，电解质为多硫电解质或有机含硫电解质，电解质的厚度为10～30μm；可选地，对电极由硫化物材料形成，对电极的厚度为10～30μm。

根据本发明的另一方面，提供了一种量子点敏化太阳电池，采用上述任一种方法制备而成。

本发明的有益效果：本发明所提供的量子点敏化太阳电池中的量子点薄膜层由窄禁带无机量子点半导体纳米颗粒构成。在量子点敏化太阳能电池中，用于吸收层的量子点材料通过吸收太阳光产生光生电子，电子注入宽禁带半导体材料导带中并收集到导电玻璃上，并导出至外电路，空穴通过电解质到达对电极由电极导出。